Iooniselektiivne elektrood

Iooniselektiivne elektrood ehk indikaatorelektrood on ioonide kontsentratsiooni määramiseks kasutatav elektrood. Mõõtmiseks asetakse mõõtelahusesse ioonselektiivne elektrood ja võrdluselektrood ning mõõdetakse elektroodidevahelist pinget. Selle põhjal saab määrata soovitud kontsentratsiooni.

Tuntuim ioonselektiivne elektrood on pH-elektrood, mis reageerib prootonitele (vesiniku ioonidele). Iooniselektiivseid elektroode kasutatakse paljudes valdkondades, näiteks. analüütilises keemias, sealhulgas keskkonnaalases analüüsis, biokeemilistes ja biofüüsikalistes uuringutes ning tööstusprotsessides. Hinnanguliselt tehakse arstlike uuringute käigus iooniselektiivsete elektroodidega igal aastal üle miljardi analüüsi.

Olulised ioonid, mida saab määrata iooniselektiivsete elektroodidega

Iooniselektiivseid elektroode on enam kui 50 iooni määramiseks. Praktilisteks rakendusteks on eriti olulised elektroodid järgmiste ioonide jaoks:

katioonid

• ühevalentsed katioonid M¹⁺: prootonid H⁺ (vastavalt pH), naatrium Na⁺, kaalium K⁺, hõbe Ag⁺, ammoonium NH₄⁺
• kahevalentsed katioonid M²⁺: vask Cu²⁺, plii Pb²⁺, kaltsium Ca²⁺, kaadmium Cd²⁺, baarium Ba²⁺

anioonid

• halogeniid: fluoriid F⁻, kloriid Cl⁻, bromiid Br⁻, jodiid I⁻,
• muu: sulfiid HS⁻/S²⁻, tsüaniid CN⁻, nitraat EI ₃⁻, perkloraat ClO₄⁻, fluoroboraat BF₄⁻, tiotsüanaat SCN⁻

Kliiniliselt olulised ioonid, mida määratakse ioonselektiivsete elektroodidega, on H⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺ ja Cl⁻.

Iooniselektiivse elektroodiga mõõtmise skeem. Elektroodid on fluoriidi ioone sisaldavas lahuses. Pinget mõõdetakse tundliku voltmeetriga võrdluselektroodi (Bezugselektrode) suhtes

Membraanitüübid

Iooniselektiivse membraani kui vaadeldava elektroodi kõige olulisema osa koostis sõlub määratavast ioonist. Peamised membraanimaterjalid on kristalsed või klaasjad tahked ained või komposiidid polümeeridega.

Klaasmembraanid

Klaasmembraanidel on tavaliselt suurepärane keemiline vastupidavus ja neid kasutatakse peamiselt pH-elektroodides ja naatriumiselektiivsetes elektroodides.

Kristallilised membraanid

Kristallilised membraanid võivad olla polükristallilised või valmistatud ühest kristallist. Enamiku fluoriidelektroodide jaoks kasutatakse lantaanfluoriidist (LaF₃) valmistatud monokristallmembraane.

Polümeeripõhised membraanid

Polümeeripõhised membraanid võivad koosneda ioonivahetusvaigust. Näiteks võib tuua kaaliumiselektiivse elektroodi, mis sisaldab ionofoorina (ioonide edasikandjana) valinomütsiini.

Ajaloost

Iooniselektiivsete elektroodide põhistruktuur ja elektripinge sõltuvus kontsentratsioonist olid teada juba 20. sajandi esimesel poolel: Zygmunt Klemensiewicz oli Fritz Haberi laboris avastanud pH-elektroodi põhimõtte ja Izaak Kolthoff oli uurinud hõbehalogeniidmembraaniga galvaanielemente. Klaaselektroodi praktilise rakendamiseni jõuti aga alles pärast täiustatud kujuga klaaside kasutusele võtmist ning pärast seda, kui Arnold Orville Beckman oli välja töötanud tundliku pingemõõteseadme. Teiste iooniselektiivsete elektrooditüüpide sihipärane väljatöötamine ja rakendamine toimus alles 1950. ja 1960. aastatel, Näiteks aatriumelektroodist teatati 1957. aastal. 1962. aastal asutas klaasitootja Corning firma Orion Research, et välja töötada uued elektroodid. 1966. aastal võetigi kasutusele kaltsium- ja fluoriidelektrood ning 1967. aastal üheksa elektroodi (Ag⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, F⁻, Br⁻, I⁻, ClO₄⁻, NO₃⁻ ja S₂⁻ jaoks).